Fiche de révision : Installations de chauffage

📋 Plan du Cours

1. Objectifs et types de chauffage
2. Émission et bilans thermiques
3. Régulation du chauffage
4. Dimensionnement des émetteurs
5. Organes du circuit hydraulique
6. Production par combustion
7. Pompes à chaleur
8. Choix du système de chauffage

📖 1. Objectifs et types de chauffage

★ À maîtriser

📌 Un chauffage par appareil indépendant possède son générateur dans le local, tandis qu’un chauffage central produit la chaleur de manière centralisée pour une habitation, un bâtiment ou un quartier.

• Le chauffage central à eau chaude associe une production de chaleur, une distribution hydraulique avec circulateur et organes de réglage et de sécurité, puis des émetteurs tels que radiateurs, planchers chauffants ou panneaux rayonnants.

Compléments

• Les appareils indépendants comprennent notamment:
  • les cheminées, inserts et foyers fermés
  • les poêles
  • les appareils à gaz
  • les appareils électriques

💡 Astuce mémo

Appareil indépendant : production locale ; chauffage central : production centralisée

📖 2. Émission et bilans thermiques

📝 Points essentiels

📐 Formule — La puissance fournie par un émetteur vérifie $P=KS(t_m-t_i)$, où S est sa surface, K son coefficient d’échange, t_m la température moyenne de sa surface et t_i la température intérieure.

• La chaleur est émise principalement par convection et rayonnement, tandis que la conduction par les fixations ou les contacts est négligeable.

📐 Formule — La puissance nécessaire pour compenser les déperditions du local vérifie $P=H(t_i-t_{ext})$, où H est le coefficient de déperditions, t_i la température intérieure et t_ext la température extérieure.

📐 Formule — Dans un circuit de chauffage à eau chaude, la puissance fournie vérifie $P=\rho c q_v(t_e-t_s)$, où ρ est la masse volumique de l’eau, c sa capacité thermique, q_v le débit volumique, t_e la température d’entrée et t_s la température de sortie.

💡 Astuce mémo

Déperditions du local → apport de chaleur nécessaire

📖 3. Régulation du chauffage

🔑 Notions clés & Définitions

• Facteur de régulation : Caractérise une installation à partir de l’émetteur, du local, du fluide et des conditions d’ambiance.

★ À maîtriser

📌 Lorsque la température extérieure diminue, la puissance émise doit augmenter, et lorsqu’elle augmente, la puissance émise doit diminuer.

• La régulation peut agir sur le débit d’eau ou sur la température d’entrée de l’eau chaude, notamment avec une sonde extérieure, un régulateur et une vanne trois voies.

Compléments

📐 Formule — Le facteur de régulation vérifie $f=\frac{t_i-t_{ext}}{t_e-t_i}=\frac{2\rho c q_v}{KS/H\,(KS+2\rho c q_v)}$.

💡 Astuce mémo

Température extérieure baisse → puissance émise augmente

📖 4. Dimensionnement des émetteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Puissance nominale : Puissance dissipée par un élément d’émetteur, mesurée en laboratoire dans des conditions normalisées.

★ À maîtriser

• La caractérisation normalisée impose une différence moyenne de température de 50 K, une pression atmosphérique de 1013 mbar, un montage libre devant une paroi sans habillage et un raccordement en diagonale.

📐 Formule — La puissance réelle d’un émetteur est corrigée selon $\frac{P}{P_N}=\left(\frac{\Delta T_{LM}}{\Delta T_{LMN}}\right)^n$, où n dépend du type d’émetteur.

Compléments

• 🔄 Le dimensionnement prend en compte: les déperditions du local, les apports internes du local, l’utilisation du local, les caractéristiques et corrections de l’émetteur

📖 5. Organes du circuit hydraulique

🔑 Notions clés & Définitions

• Vase d’expansion : Absorbe l’augmentation de volume de l’eau chauffée afin d’éviter une mise en pression excessive du circuit.

★ À maîtriser

• Un vase d’expansion peut être ouvert, en communication avec la pression atmosphérique, ou fermé, en communication avec un gaz sous pression, et sa capacité utile doit au moins égaler la variation de volume de l’eau.

• Le circulateur vainc les pertes de charge et assure la circulation du fluide caloporteur dans le circuit.

📌 Le robinet thermostatique ouvre le clapet lorsque la température ambiante est inférieure à la consigne et le ferme lorsque la température est supérieure à la consigne.

Compléments

• Entre 0 °C et 110 °C, la dilatation de l’eau atteint 6 %.

• La soupape de sûreté limite la pression du circuit et est placée en sortie de chaudière.

📖 6. Production par combustion

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustion : Réaction chimique exothermique entre un combustible et un comburant, généralement le dioxygène de l’air dans une chaudière, déclenchée par une énergie d’activation.

★ À maîtriser

• Le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur libérée lors de la combustion complète d’un matériau.

📌 Le pouvoir calorifique supérieur inclut la chaleur latente de vaporisation de l’eau, tandis que le pouvoir calorifique inférieur ne l’inclut pas.

📌 Une chaudière à condensation récupère la chaleur latente de vaporisation en condensant la vapeur d’eau des gaz brûlés, contrairement à une chaudière classique qui évacue précocement ces gaz.

Compléments

📐 Formule — Le pouvoir calorifique supérieur vérifie $PCS=PCI+r\frac{9h+w}{100}$, où r est la chaleur latente de vaporisation, h la teneur en eau des gaz brûlés et w la teneur en hydrogène du combustible.

💡 Astuce mémo

Combustion → chaleur → chauffage de l’eau ou de l’air

📖 7. Pompes à chaleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompe à chaleur : Transfère la chaleur d’une zone froide vers une zone chaude grâce à un cycle thermodynamique nécessitant une puissance mécanique.

★ À maîtriser

• 🔄 Le cycle du fluide frigorigène comprend: la compression, la condensation et la cession de chaleur à la source chaude, la détente, l’évaporation et la prise de chaleur à la source froide

📐 Formule — Le coefficient de performance calorifique vérifie $COP_C=\frac{\text{puissance calorifique récupérée}}{\text{puissance électrique dépensée}}$.

• Le COP est mesuré dans des conditions normalisées qui fixent notamment la température de la source froide, la température de la source chaude et le débit, de sorte que les comparaisons entre appareils doivent tenir compte des conditions de mesure.

Compléments

• Un COP égal à 3 signifie que la pompe à chaleur récupère trois fois plus de chaleur qu’elle ne dépense d’énergie électrique.

📌 Le captage géothermique horizontal nécessite une grande surface au sol et subit davantage les variations de température, tandis que le captage vertical occupe peu de surface et y est moins sensible.

💡 Astuce mémo

Évaporation → compression → condensation → détente

📖 8. Choix du système de chauffage

★ À maîtriser

• Le choix dépend notamment:

  • des déperditions du bâtiment
  • du volume à chauffer
  • du profil d’utilisation des locaux
  • du zonage
  • de l’énergie disponible

• Le chauffage par pompe à chaleur est généralement associé à un chauffage basse température, à une grande surface d’émission et à un bâtiment bien isolé.

Compléments

📌 Dans l’habitat individuel, le chauffage par appareils indépendants offre une grande souplesse et une intermittence facile, mais impose l’entretien de chaque appareil.

• Pour l’habitat individuel, une pompe à chaleur peut nécessiter un appoint par grand froid.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des systèmes de chauffage